[发明专利]量子Arnold图像置乱方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子计算技术和图像置乱技术，涉及一种在量子计算机上实现Arnold图像置乱效果的方法。

背景技术

1.Arnold图像置乱

图像置乱是指通过移动像素的位置将图像变为不可读的形式，以达到保护图像信息的目的。为了保证置乱的置乱度，置乱按照某种规律进行。按照规律的不同，有多种置乱方法，Arnold置乱是其中之一。

在经典计算机上，数字图像可以看作是一个二维矩阵I(x,y)。假设图像尺寸为2ⁿ×2ⁿ，n为非负整数，置乱后图像为I′(x′,y′)，则Arnold置乱可定义为：

x′＝(x+y)mod2ⁿ         （1）

y′＝(x+2y)mod2ⁿ

其中，mod为取模运算。

置乱后，像素从(x,y)位置移动到了(x′,y′)位置，即原来(x,y)位置存储的像素值被拷贝到(x′,y′)位置。

2.量子计算机和量子逻辑门

量子计算机利用量子力学的规律进行信息处理和逻辑操作，是不同于经典计算机的新型计算设备，有着经典计算机无可比拟的优势：具有与生俱来的并行计算能力，并能避免能量的额外损耗。

所有量子计算机上的信息处理和逻辑操作，即量子算法，均可以用量子线路的形式来表示。量子线路由量子逻辑门组成。量子逻辑门的输入和输出是量子比特，量子比特也是量子计算机上信息存储和处理的最小单位，用符号|·＞表示。量子线路的本质是一个流程图，告诉量子计算机怎样经过一步一步的处理，将量子比特从输入态变为输出态，每一步处理对应一个量子逻辑门。量子线路又可以看成一种量子装置，可以将输入态变为输出态。

常见量子逻辑门及其符号表示和功能如表1所示。所有逻辑门默认左端是输入，右端是输出。

表1常见量子逻辑门

3.量子图像

量子计算机上存储和处理的图像是量子图像。量子图像的表示方法完全不同于经典计算机上的数字图像。一个2ⁿ×2ⁿ的图像用2n+1个量子比特表示，其中n个量子比特存储X方向的位置信息，另外n个量子比特存储Y方向的位置信息，1个量子比特存储灰度信息。即：

|I>=12nΣi=022n-1|ci>⊗|i>]]>